基于人工智能及工业云培训平台的设计

摘要：针对《中国制造2025》将智能制造作为主攻方向，推进制造过程智能化的国家战略，以及目前人工智能、工业云新技术在工业领域的应用，考虑到目前对应专业领域的高等院校、职业院校以及工厂培训中心的教学方法和培训设备，提出了对人工智能及工业云培训平台的设计。培训平台可用于训练人工智能、工业云在典型智能制造环节中的应用，解决了人工智能、工业云领域的新技术由理论教学向实际培训教学转化的问题，克服了目前设备单纯以验证为主、脱离工业生产实际的不足。

关键词：人工智能；工业云；培训

随着工业化与信息化的深度融合，企业内部及企业间生产控制系统和生产管理系统智能化以及信息技术互联互通的需求渐增，使得人工智能、工业网络、工业云等技术的融入进而达到提高产品质量和运营效率的需求更为强烈。通过将工厂设备的智能化建设或智能化升级改造，以及将智能生产过程中的每一个环节、设备变成数据终端，进行全方位底层数据采集，并进行更深层面的数据分析与挖掘，从而全面提高工厂生产效率、优化工厂整体运营。

目前，人工智能的主流应用为图像识别、语音识别、语义识别、预测规划和智能控制。计算机利用图像识别、语音识别、语义识别技术采集数据并进行处理、分析和理解，进而根据目标和需要做出预测判断，最终通过各种智能硬件设备以及工业网络、工业云来实现智能控制。所有新技术的应用，都需要高技术、高技能人才来实施，目前各高等院校、职业院校也在课程建设上增加了人工智能、工业网络、工业云等专业技术理论内容，人工智能及工业云培训平台的研发及应用，可以培养学员将工业硬件、工业软件、工业信息、工业网络、工业云等多种技术融会贯通，让学员研究学习各种技术之间的相互关联，适应人与设备之间的双向交互，能够让学员将学习的理论知识落实到工业实际应用中，让学生在学习中更加接近工业现场新技术应用场 景，能够快速融入到企业智能化生产工作中。

1 培训平台组成

人工智能及工业云培训平台采用可二次开发的协作机器人作为主要载体，综合视觉检测技术（人脸识别技术）、语音识别技术、语义分析技术、射频电子标签技术、能源采集管理技术、智能传感技术、智能主令开关技术、智能网关技术、协作机器人等技术，搭建的一个智能制造领域的人工智能物联网实训平台，系统使用智能语音系统和智能视觉系统，模拟人的听觉和视觉，辅助人工智能算法，结合互联网云平台的计算优势，辅助技术人员进行智能生产活动。

培训平台主要由 SCARA 协作机器人单元、智能语音单元、智能视觉单元、物联网（internet of things, IoT）能源采集与管理单元、IoT 智能网关单元、IoTRFID 单元、IoT-IO-LINK 智能传感单元、IoT- 智能主令开关单元、智能安全保护单元、轨迹单元、供料单元、皮带传送单元、称重单元、压合装配单元、滑槽单元、平面仓储单元、龙门检测单元、反转工作台单元、双吸盘夹具单元、空气压缩机单元、智能接线单元模块、 PLC 单元、HMI 人机交互单元、工业云平台及大数据分析、全集成自动化展示区以及信息采集、工程应用安装平台、机器人外围线路电控单元等组成。

2 培训平台特点

（1）平台主要用于通过桌面级协作机器人等典型应用对象，实现物联网系统构建、人工智能算法的编写，以及典型人工智能及工联网融合案例学习与训练。

（2）通过网关设备（Mindconnect IoT2040/Nano）采集工业控制器数据，掌握数据采集能力。

（3）在平台上进行连接设备配置，实现物理设备在云端模型建立，建立云端设备创建能力。

（4）利用云端 APP（Fleet Manager）针对连接设备，对物理设备建立基于设备列表和地理分布的设备状态显示；针对采集数据做可视化及报警值设定，建立通过人工智能设备管理及数据应用能力；

（5）实现设备状态多终端显示，设备状态透明。

（6）平台和采用模块化的结构，将智能智造的基本要素融合于每个单元，使每个单元具有标准化架构、模块组合、网络系统、网络组网、RFID 等。这样的结构，不仅能够不断的满足对技术发展的扩容需求，可以随时将新的技术、新的设备添加到系统之中，使得整个系统随时跟上并满足工业技术的发展。也可以分组进行相关的培训。

3 培训平台信息流

（1）基础语音本地信息流

语音单元采集语音—分析语音命令信息—将信息传递给机器人和 PLC—机器人和 PLC 执行相关命令。

举例如下：让机器人画三角形，语音单元可以通过试教学习，学习基本语言命令，不用通过以太网访问云端语音识别库，即可做出简单的语义学习，然后让机器人执行相关命令，到轨迹单元，走三角形轨迹。

（2）语音互联网信息流

语音单元采集语音—将语音信息通过互联网上传—利用科大讯飞云端库处理信息—将处理后的语音信息转换为文字下发到本地—根据制作的相关标签提取控制信息—将信息传递给机器人和 PLC—机器人和 PLC 执行相关命令。

举例如下：让机器人装配 5 个蓝色的工件，可以是不同的方言的人来发布命令，科大讯飞云端由丰富的方言库，可以更精准地识别。

（3）视觉本地信息流

视觉单元采集图像—对图像进行分析—将信息传递给机器人和 PLC—机器人和 PLC 执行相关命令。举例如下：用视觉判断工件的颜色，如果是黄色工件则放 1# 滑槽，如果是蓝色工件，放 2# 滑槽，视觉进行颜色判断，仅需进行本地学习即可。

（4）视觉互联网信息流

视觉单元采集图像—将采集信息上传至云端—云端对采集的信息进行识别分析—将分析后的数据下发到本地—将信息传递给机器人和 PLC—机器人和 PLC 执行相关命令。举例如下：利用人脸识别，如果是甲客户，则装配一个金属的工件给甲，如果是乙客户，则装配一个塑料的工件给乙，人脸数据存储在云端数据库。

（5）数据信息流

数据通过采集终端采集，将采集后的数据通过智能网关将数据上传到云端，云端可对数据进行监控，同时云端可通过智能网关对节点下达控制指令。

（6）物联网信息流

采用网络的指令器件、传感器件、采集器件，将数据控制和采集过程可视化，实现万物互联。

4 平台训练内容

（1）执行机构基本功能实训课题：执行机构在工业领域中的应用；执行机构机械结构及工作原理认知；执行机构控制功能学习；执行机构基本控制指令实训；执行机构示教运动功能学习；编程控制执行机构的简单动作实训；编程控制执行机构多轴联动实训；执行机构复杂运动编程指令实训

（2）人工智能实训课题：语音控制颜色分拣训练；语音控制材质分拣训练；语音控制装配训练；语音称重训练；语音称重分拣训练；语音视觉控制选择装配训练；视觉自动反转工件训练；视觉颜色识别训练；视觉人脸识别训练；视觉分类捡拾训练

（3）智能网络实训课题：IoT 主令信号采集；IoTIO-LINK 传感器信号采集；IoT-RFID 数据采集；IoTRFID 数据写入；IoT- 能源信号采集；IoT 智能网关信号上传；IoT 云端监控；IoT 智能网关信号下发；工业互联网概论；工业互联网安装调试；云平台数据可视化实习；工业数据采集实习。

5 结语

在人工智能、工业网络、工业云等新兴技术的大潮下，当前几乎所有传统行业，包括工业、医学、教育等，都面临着转型的巨大压力。各领域通常要求结合其行业的历史数据，结合机器学习算法建立数据模型进行训练，从而提高效率、降低成本。同时在行业应用领域，机器人、无人机、智能识别设备等人工智能载体也愈来愈成熟，这就需要从业人员具备基本的硬件知识，尤其是掌握基于人工智能相关硬件平台的模块构成及开发技能。人工智能及工业云培训平台把工业实际硬件、软件以及工业网络融入到实训教学中，让学生能够快速的将理论知识转化成实际应用，而且平台的设计思路也能够将不断发展的新技术快速对接到设备中，始终让平台保持先进性，既能够节约资金，也方便教师不断创新，提高人工智能、工业网络、工业云等领域实训课程的整体教学水平。

(注：本文转载自《电子产品世界》杂志2022年8月期)